Selective Photocatalytic Oxidative Coupling of Methane via Regulating Methyl Intermediates over Metal/ZnO Nanoparticles

甲烷氧化偶联 选择性 光催化 位阻效应 光化学 金属 化学 碳氢化合物 甲烷 纳米颗粒 过渡金属 催化作用 材料科学 立体化学 有机化学 纳米技术
作者
Pu Wang,Run Shi,Yunxuan Zhao,Zhenhua Li,Jiaqing Zhao,Jiaqi Zhao,Geoffrey I. N. Waterhouse,Li‐Zhu Wu,Tierui Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:135 (23) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/ange.202304301
摘要

Abstract Methane conversion to higher hydrocarbons requires harsh reaction conditions due to high energy barriers associated with C−H bond activation. Herein, we report a systematic investigation of photocatalytic oxidative coupling of methane (OCM) over transition‐metal‐loaded ZnO photocatalysts. A 1 wt % Au/ZnO delivered a remarkable C2‐C4 hydrocarbon production rate of 683 μmol g−1 h−1 (83 % C2‐C4 selectivity) under light irradiation with excellent photostability over two days. The metal type and its interaction with ZnO strongly influence the selectivity toward C−C coupling products. Photogenerated Zn+‐O− sites enable CH4 activation to methyl intermediates (*CH3) migrating onto adjacent metal nanoparticles. The nature of the *CH3‐metal interaction controls the OCM products. In the case of Au, strong d‐σ orbital hybridization reduces metal‐C−H bond angles and steric hindrance, thereby enabling efficient methyl coupling. Findings indicate the d‐σ center may be a suitable descriptor for predicting product selectivity during OCM over metal/ZnO photocatalysts.
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